2016 Fiscal Year Annual Research Report
Artificial Magnetic Lattices with Introducing Nanoscale Structures and its Engineering Applications
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26220902
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| Research Institution | Toyohashi University of Technology |
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Principal Investigator |
井上 光輝 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (90159997)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関口 康爾 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 講師 (00525579)
後藤 太一 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00721507)
中村 雄一 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20345953)
内田 裕久 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30271000)
高木 宏幸 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40390463)
リム パンボイ 豊橋技術科学大学, 国際教育センター, 准教授 (40502597)
松田 厚範 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70295723)
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| Project Period (FY) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| Keywords | イットリウム鉄ガーネット / スピン波 / 人工磁気格子 / マグノニック結晶 / フォトニック結晶 / ホログラムメモリ / 三次元ディスプレイ / スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，我々が基盤研究（S）やMEXTキーテクノロジー事業で調べてきた磁性フォトニック結晶や，基盤研究（A）で推進してきたマグノニック結晶などの人工的に構成した磁気的周期構造媒体を総合的に「人工磁気格子」としてまとめた新しい分野の構築を図るとともに，これを光（電磁波）やスピン波（静磁波）などの磁気的波動制御に用いて，人工磁気格子でなければ実現できない新しいデバイスを実現しようとするものである。
スピン波人工磁気格子については，[Sci. Rep. 6, 30268 (2016)]のように，単結晶のイットリウム鉄ガーネットを用いた位相干渉状態を制御する方法を確立した。人工磁気格子を導入しても位相を制御しやすい構造を整えたと考えている。
光波人工磁気格子については，米国のマサチューセッツ工科大のメディア・ラボと共同で，人工磁気格子を導入することで，3次元像がより明瞭になることを実験で示し，まとめた。詳細は，[Appl. Phys. Lett. 108, 022404 (2016).]に示した。
3次元ディスプレイを目指した光波人工磁気格子としては，３次元ディプレイの視野角を広げることができる人工磁気格子の設計を行った。
その他，ランダムな人工磁気格子を用いたデバイスとしてレーザーのQスイッチを世界にさきがけて実証し，[Opt. Express 24, 17635 (2016)].[ Sci. Rep. 6, 38679 (2016)]等で詳細に報告を行った。これに関連した招待講演を行った。人工磁気格子を軸にした，新デバイス，新材料の開発も進んでいる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
人工磁気格子は周期性の高い，構造でしか，高い性能を得られないと考えていたが，いわゆるランダムな構造も，「ランダムな格子」として，分類してみると，実に全体をスッキリと物理的に説明がつくことが分かりだした。具体的には，論文で報告したような迷路状の磁気ドメインは，一列にきれいに並んだ構造ではないが，幅，濃淡には，周期がある。これを使うことで，世界で初めて磁気光学効果を使った強磁性Qスイッチレーザーの開発に成功した。磁気ドメインを外部磁場で制御する方法は，磁気とレーザーの融合として，極めてシンプルであるが，レーザー５０年の歴史の中で行われた例は皆無であった。プレス発表等多数行われた。
その他に，フォノン（熱波）の挙動を周期構造で制御することで，スピンゼーベック効果を増大できることを見出した。周期性のことなる媒体を複数用意し，そのスピンゼーベック効果で発現する電圧を比較すると，周期性があがるにつれて，電圧が増加することが分かった。以上より，当初予定よりも進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
光人工磁気格子を用いた３次元ディスプレイは，精細度の向上，大画面化を引き続き行う。
スピン波人工磁気格子は，引き続き，極薄単結晶膜を用いた，機能のデモンストレーションを目指し，スピン波伝搬基礎特性を測定し，ロジック回路等のデバイス開発を進める。
さらに，ここまでに得られた結果を元に，国際連携研究を推進していくことを引き続き予定している。
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[Journal Article] Magnetism and Faraday rotation in oxygen-deficient polycrystalline and single-crystal iron-substituted strontium titanate2017
Author(s)
Taichi Goto, Dong Hun Kim, Xueyin Sun, Mehmet C. Onbasli, Juan M. Florez, Shyue Ping Ong, Patricio Vargas, Karl Ackland, Plamen Stamenov, Nicolas M. Aimon, Mitsuteru Inoue, Harry L. Tuller, Gerald F. Dionne, J. Michael D. Coey and Caroline A. Ross
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Journal Title
Physical Review Applied
Volume: 7
Pages: 24006
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Magnetic domains driving a Q-switched laser2016
Author(s)
Ryohei Morimoto, Taichi Goto, John Pritchard, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, Hironaga Uchida, Mani Mina, Takunori Taira and Mitsuteru Inoue
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 38679
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Development of magneto-optical Q-switched laser using magnetic garnet2016
Author(s)
Taichi Goto,,Ryohei Morimoto,John W. Pritchard,,Takuya Yoshimoto, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Pang Boey Lim, Mani Mina, Takunori Taira and Mitsuteru Inoue
Organizer
the 10th Asia-Pacific Laser Symposium (APLS2016)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Diode Laser Pumped Solid State Laser Using Magneto-Optical Q Switch2016
Author(s)
Taichi Goto, Ryohei Morimoto, John W. Pritchard, Nicolaie Pavel, Takuya Yoshimoto, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Lim Pang Boey, Mani Mina, Takunori Taira, Mitsuteru Inoue
Organizer
CLEO2016
Int'l Joint Research
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[Presentation] 前進体積波モードのスピン波制御のためのマグノニック結晶を導入した導波路の設計 (Design of magnonic-crystal-induced waveguide for controning forward volmne spin waves)2016
Author(s)
島田 馨,後藤太一,金澤直輝,リムパンボイ,高木宏幸,中村雄一,内田裕久,井上光輝 （Kei Shimada, Taichi Goto, Naoki Kanazawa, Lim Pang Boey, Hiroyuki Takagi, Yuichi Nakamura, Hironaga Uchida, Mistuteru lnouel）
Organizer
電気学会 マグネティックス研究会
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[Presentation] スピン波演算器実現にむけた薄膜イットリウム鉄ガーネットを用いたスピン波励起(Ⅱ) (Spin wave excitation using yttrium iron garnet film for spin wave computing element (Ⅱ))2016
Author(s)
坂野瑛彦,後藤太一,金澤直輝,高木宏幸,中村雄一,Pang Boey Lim,内田裕久,井上光輝 (Akihiko Banno, Taichi Goto, Naoki Kanazawa, Hiroyuki Takagi, ,Yuichi Nakamura, Pang Boey Liml, Hironaga Uchida, Mistuteru lnoue)
Organizer
電気学会 マグネティックス研究会
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[Presentation] Measurement of the Extinction Coefficient of Forward Volume Spin Waves in Yttrium Iron Garnet Films2016
Author(s)
Taichi Goto, Naoki Kanazawa, Akihiko Banno, Ryohei Morimoto, Mehmet Cengiz Onbasli , Yuichi Nakamura, Hiroyuki Takagi, Hironaga Uchida, Koji Sekiguchi, Caroline Ross, Mitsuteru Inoue
Organizer
2016 MRS Fall Meeting & Exhibit
Int'l Joint Research
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